中学生可以做科研吗?中学生做科研需要哪些基础能力?

前 言

三年级的学生制作自己的游戏;

六年级的学生在Botball国际机器人大赛中获奖;

八年级的学生可以提前选高阶科学课;

九年级的学生就在世界期刊上发表论文……

越来越多的中学生做出来创造性的项目,将科创融入生活中,解决我们生活中真实存在的各种问题,用时间和知识不断的做创新研究,完成属于自己的项目,这个过程不仅能让学生感受到自我价值,也可用科创项目参加国际STEM赛事斩获大奖,助力出国留学孩子的背景提升路。

也有学生和家长在思考:中学生做科研的价值是什么?参加STEM科创比赛需要具备哪些技能,今天老师针对这个话,聊一聊看法。

以2022年即将开始的全球发明大会ICW为例,ICW 是世界级青少年创新活动之一,由亨利福特博物馆与爱迪生学院创办,延续伟人对教育的梦想,每年全球十多万学生参与,用创造力解决真实世界的问题,学习智能与科技的酷炫力量,动脑设计属于自己的发明与创造,动手制作真正的学习成果。

每年ICW竞赛需要提交的参赛材料包括发明日志、三折展板、发明原型样机及路演视频四个部分,具体要求如下:

发明日志:通过Model i创新方法记录发明全过程的一份文档。在实现发明的过程中,参赛团队应按照发明过程的步骤填写各页,最终形成一个完整的发明日志。团队成员共享一个发明日志,并且在日志上应当附上所有发明者的签名。发明日志应在填写完整后上传,参加线下评审的参赛者应打印并携带至比赛现场,作为最终演示的一部分。

发明原型:发明原型(或模型)是展示学生发明的最佳方式。参赛团队的发明原型应当是设计精美,并能够实际展示或模拟演示发明的关键功能。发明原型所展示的发明必须是原创的。比赛初审环节应提交发明原型照片。参加线下评审的参赛者应携带模型至比赛现场。

三折展板:三折展板是通过图文的形式介绍发的方式,参赛团队应在其中展示的内容需包括:要解决的问题、目标用户、设计思路、使用技术等,具体要求可私信老师老师咨询。

路演视频:路演视频需要参赛团队在4分钟的时间里介绍作品,并录制上传,其中要重点说明创新作品发现的需求,解决方案、产品原型演示,发明历程;三折展板及作品原型前进行讲解等。

根据ICW的比赛要求来看,中学生科创主要考察的是:创造力创新技能、技术技能、演讲技能、比赛技能等几个方面,下面我们一一进行分析。

创造力:创造激发主动思考

发明创造的过程,也是从无到有的过程,在这个过程中,孩子几乎都在以百分百的自驱力去主动思考,想想是不是这样。我要做什么才能表达对家人的情感?我想对家人说什么?家人喜欢什么?我喜欢什么?我的发明能解决什么问题?我的发明创造应该如何设计?可实现吗?工具材料够不够?不够的用什么能替代?我如何让我的创造更有趣?怎么能动起来?如何闪闪发光?实验遇到错误怎么解决?......

要求学生们针对某些特定问题,提出与现有解决方案不同的、或是比其他人方案更优的新方案。参赛者需要理解、研究、分析已有的解决方案,用逻辑清晰且表述准确的语言,解释自己的新方案如何超越旧方案,具有优势的点是哪些、是否有运用某些技术及是否推动了革新等。

因此,在准备「ICW全球发明大会」的科创项目中,老师课程和导师会引导孩子们对自己提出问题,并自主找到解决方法和答案,让每一个孩子掌控自己的问题和答案,也是给了他们真正自主学习的好机会。

技术技能:完成项目制作

多数的科创竞赛都要求参赛者将他天马行空的想法转化成一个实体的发明原型,或者至少完成一个实验,并从中总结出理论或经验报告。选手所掌握的数据分析技能、编程技能、人工智能技术,甚至一些综合性的应用程序开发技能,都将在设计与优化阶段带来很大的帮助。

需要动手完成自己的编程代码、电子设计、线路连接、调试修改等种种细节,要对基本的技术有所了解,才能有效地完成自己的项目。

演讲技能:清晰阐述项目

大多数科创比赛都要求参赛选手进行现场答辩或者提供路演视频,来展示与讲解他们自己的发明项目。选手讲解的时间较短,选手们通常只有5分钟时间来陈述展示自己的思路和发明。

一个评委们会认可的好演讲通常包括:你发明解决的问题、你的发明过程、你计划如何继续改进你的项目、将来如何在社会和市场中应用你的发明。这也是ICW大赛、Conrad康莱德挑战赛等赛事对演讲基本的要求,不仅需要足够了解的自己的项目,才能在有限的时间内讲解清楚项目包含的内容,还要对演讲能力进行训练,如何通过声音、表情、动作的配合展示所有重要的创新点以及如何自信而热情地发表演讲。

比赛技能:用心准备赛事

比赛技能其实说的是学生对比赛的感知度,除去关注发明本身,还要对自己所参加的比赛了解透彻。备赛的过程中要经常去比赛官网查阅比赛的评审规则、评分标准,认真研究并遵循相关要求,确保自己提交所有必需的信息与材料。这一点考察的是能力之外的细心程度,一般只要用心认真的准备比赛,基本都没有问题,如比赛时间、提交资料时间、线上答辩时间等重要时间节点一定不能忘,要铭记于心。如自己身边已有往届参加比赛的小伙伴,可以进进行咨询交流,学习借鉴他们的经验。

(图片来源于网络)

一般而言,只要掌握好以上科研技能,完成基本的项目研究不成问题,想要科创赛事上获奖就需要付出更多的努力了。而且中学生做科研也并不是功利性的追求获奖,而应该是将创新、科研用到纯粹的兴趣爱好中。科研最强调的创新能力和奇思妙想,在想象力丰富的中学生中更容易产生。这个阶段做科研更多的是一种兴趣上的探索,明确自己的兴趣点,找到感兴趣的方向,为未来在大学中学习打下基础,这就是中学生阶段科研的价值所在。

最后没有哪个科研项目是一蹴而就的,即使是专业的学者、教授进行科研都需要时间、精力的付出,对于青少年学者更是如此。在专业知识储备不足、对研究方法不了解、查阅资源没有经验等各种前提下,需要先完成前期的学习,不能期待还没学会走路就要开始跑步。学生平时也要完成大量的阅读任务,进行case study,甚至主动搜寻更多的专业资料。

握必要的学科知识后,学生需要学习专业的研究方法,例如如何寻找权威的学术资源、有哪些规范的引用形式等,并确定自己具体的研究主题。课题的选择应该是自己感兴趣为前提、并且通过专业老师的认可,是有学术意义、值得探究的方向。最后完成研究和论文,参加国内外知名的科创比赛,实现科研初步里程碑。

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